光刻胶缺陷检测：ONTO PrimaScan缺陷检测系统方案

图：光刻胶涂膜晶圆缺陷扫描（ONTO 原 LUMINA实测）：Pits/Bump 160、Film Defect 419、Particle 2154（优尼康科技实测，Recipe已脱敏）

本文目录

•                      一、光刻胶缺陷的来源与危害

•                      二、光刻胶缺陷检测的痛点

•                      三、ONTO PrimaScan 缺陷检测系统方案

•                      四、实测案例（ONTO 原 LUMINA 缺陷检测系统）

•                      五、PrimaScan 与其他缺陷检测设备的区别

•                      六、常见问题

一、光刻胶缺陷的来源与危害

光刻胶涂膜后产生的表面缺陷主要来自三个环节：

•                      涂胶前：衬底清洗、环境颗粒沉降、设备残留。

•                      涂胶中：光刻胶本身含颗粒、过滤不充分、旋涂时气泡破裂。

•                      涂胶后：软烘不充分导致溶剂挥发不均、凝胶点（gel particle）、环境二次污染。

这些缺陷会直接传递到后续光刻与刻蚀工艺，导致 CD 偏差、桥连、断线、孔洞等问题。在 7nm 以下节点，单个 50 nm 颗粒就能让一片晶圆报废。因此涂胶后全片缺陷扫描是 Fab 量测实验室的标准动作。

关于客户数据脱敏提醒：本次示例的缺陷扫描实测图来自客户实际生产晶圆，由ONTO 原 LUMINA采集（Recipe 字段以"Recipes"字段空白形式呈现，客户配方名已脱敏），客户 ID、Lot ID、Sample Size 等信息已去除，仅保留缺陷分类与计数用于技术演示。

二、光刻胶缺陷检测的痛点

光刻胶缺陷检测面临三个挑战：

•                      缺陷类型多样：颗粒（particle）、孔洞（pit）、凸起（bump）、划伤（scratch）、凝胶点（gel）、底膜残留（residue）形态各异，需要设备能同时识别多种类型。

•                      对软胶不损伤：光刻胶是软物质，接触式检测（如 SEM/TEM 切片）会破坏样品；非接触式光学扫描是更合适。

•                      通量要求高：量产场景下每片晶圆都要扫描，扫描时间要在 1-3 分钟以内。

对这些问题，ONTO PrimaScan 缺陷检测系统用非接触光学扫描 + 智能分类算法是当前主流方案。

三、ONTO PrimaScan 缺陷检测系统方案

ONTO PrimaScan 是 ONTO Innovation 旗下的薄膜表面缺陷检测系统，专为光刻胶、PI、介质膜等薄膜表面缺陷检测设计。它用非接触光学扫描（明场 + 暗场双模式）结合 AI 分类算法，可自动识别并分类 Pits/Bump、Film Defect、Particle 三类缺陷。

ONTO PrimaScan 的核心优势是自动分类 + 高倍回看。扫描结束后，软件会自动把每个缺陷按形态分类（颗粒、孔洞、线状缺陷），并给出每个缺陷的坐标与尺寸。点击任意缺陷位置，软件会自动跳转到该位置的高倍显微图，工程师可以直接判断缺陷类型与可能来源。

四、实测案例（ONTO 原 LUMINA 缺陷检测系统）

作为参考，下表为ONTO 原 LUMINA对一片光刻胶涂膜晶圆做缺陷扫描的实测结果（已脱敏处理）：

图1：光刻胶涂膜晶圆缺陷扫描（ONTO 原 LUMINA实测），分类统计 Pits/Bump 160、Film Defect 419、Particle 2154（Recipe已脱敏）

图2：4 个高倍回看位置（左上、右上、左下、右下），用于判断具体缺陷形态（ONTO 原 LUMINA实测）

从缺陷分布看，颗粒（Particle）占 79%，是本次涂膜工艺的主要问题。建议排查方向：

•                      涂胶前衬底清洗（SC1/SC2 配比、超声时间）

•                      涂胶环境颗粒度（FFU 过滤效率、洁净度等级）

•                      光刻胶本身过滤（0.1-0.2 μm 终端过滤器是否堵塞）

•                      旋涂机本身的颗粒源（吸盘、真空管路）

对 Film Defect（线状/条状缺陷），主要看分布是否呈"同心圆"或"辐射状"，前者通常是旋涂加速度异常，后者通常是烘烤热场不均。

关于设备名称：LUMINA 已被 ONTO Innovation 收购，该实测数据由 ONTO（原 LUMINA）缺陷检测系统采集，设备型号与扫描能力未变，现归属于 ONTO PrimaScan 系列。Recipe 调试与应用支持由优尼康科技本地应用工程师团队完成。

五、PrimaScan 与其他缺陷检测设备的区别

市面上缺陷检测设备种类很多，ONTO PrimaScan 与其他主流设备的定位差异如下：

简而言之：涂膜后薄膜表面缺陷扫描用 ONTO PrimaScan；化合物半导体晶圆用 ONTO Celero-PL；裸片/图案片缺陷扫描用 28/39xx 或 Surfscan。它们在产线上的位置不同，不能互相替代。

六、常见问题

关于颗粒数 2154 是否合格：对 8 英寸光刻胶涂膜晶圆，颗粒数 < 500 通常认为合格；500-2000 处于临界，需要排查污染源；> 2000 通常意味着工艺存在系统性问题（如过滤器失效、洁净度失控）。本次 2154 处于"必须排查"区间。

关于 Film Defect（线状缺陷）的来源：线状/条状缺陷常见来源：旋涂加速度异常、烘烤热场不均、吸盘痕迹。如果分布呈同心圆，重点查旋涂曲线；如果呈辐射状，重点查烘烤热场；如果呈直线状，重点查吸盘或夹具。

关于 Pits（孔洞）的来源：孔洞常见来源：涂胶前衬底亲水性不足、旋涂时气泡破裂、显影液残留。可以通过调节 HMDS 处理参数、降低旋涂加速度、加涂胶前预润等步骤改善。

问：光刻胶涂膜后用 ONTO PrimaScan 还是 KLA 28xx 系列？

答：涂膜后薄膜表面缺陷扫描用 ONTO PrimaScan（非接触光学扫描 + 智能分类）；光刻后图形片缺陷扫描用 KLA 28/39xx 系列（深紫外激光 + 模式匹配）。两台设备在产线上的位置不同，不能互相替代。

问：ONTO PrimaScan 扫描一片 8 英寸晶圆要多久？

答：1-2 分钟。ONTO PrimaScan 的全幅扫描速度在薄膜缺陷检测仪中属于较快的水平，适合量产线 inline 监控。

问：ONTO PrimaScan 能识别 50 nm 以下的颗粒吗？

答：ONTO PrimaScan 的缺陷尺寸下限约 0.1 μm（100 nm）。对 100 nm 以下的颗粒，KLA Surfscan 系列（激光散射）或 28xx 系列（深紫外）更合适。

问：ONTO PrimaScan 缺陷分类准确率多高？

答：ONTO PrimaScan 用 AI 分类算法，对典型 Pits/Bump、Film Defect、Particle 三类缺陷的分类准确率约 90-95%。对边缘案例（介于颗粒与孔洞之间），软件会标记为"待人工判定"，需要工程师看高倍回看图判断。

问：ONTO PrimaScan 扫描后会自动停机吗？

答：ONTO PrimaScan 是全自动化设备，可以配 SECS/GEM 接口与产线 MES 系统对接，实现无人值守扫描 + 自动判定 + 自动上传数据。具体对接方式请联系我们的应用工程师。

关于优尼康科技

优尼康科技成立于 2012 年，是 ONTO Innovation 旗下 PrimaScan 缺陷检测系统在中国区的授权代理。我们提供 PrimaScan 销售、Recipe 调试与缺陷分类应用支持。